零基础掌握 iOS 蓝牙开发

前言

本文记录了博主第一次接触蓝牙，到使用 App 同周边蓝牙设备通信的过程。只讨论 App 作为中心设备的情况，不包含 App 作为周边设备的情形。

iOS 中使用 Core Bluetooth 框架实现蓝牙通信。Core Bluetooth 是基于蓝牙 4.0 的低功耗模式实现的。

蓝牙的连接类似于 Client/Server 构架模型。中心设备作为客户端，周边设备作为服务端，扫描并建立连接进行数据交换。

在开始编码前，先熟悉 iOS 在蓝牙通信中涉及到的几个类，搬砖费不费力。

准备

蓝牙相关的类图：

• CBCentralManager 类表示中心设备，扫描发现周边蓝牙设备，周边蓝牙设备用 CBPeripheral 类表示。
• 一个蓝牙设备可能存在多种用途，每一种用途对应一个服务，使用 CBService 表示，比如心率传感器有心率监测服务。
• 一个服务可以细分为多种特征，使用 CBCharacteristic 表示，比如心率监测服务中，含有心率的测量值、地理位置的定位等 Characteristic。
• 一个特征可以有多种描述，用 CBDescriptor 表示。

以上涉及到的 CBService，CBCharacteristic，CBDescriptor 类都继承自 CBAttribute，它们有一个共同的属性 CBUUID，用来作为唯一的标识。

Peripheral 作为 Server 端， Central 作为 Client， Peripheral 广播自己的 Services 和 Characteristics， Central 可以选择订阅某一个具体的 Service, 也可以一次性订阅全部的 Server（不建议这么做）。获取到某个 Service 之后，同样需要继续发现这个服务下的 Characteristics。Peripheral 和 Central 之间通过 Characteristic 建立一个双向的数据通道。

注意一定要用真机测试。

编码

在 iOS 10 之后需要在 Info.plist 文件里面设置 NSBluetoothPeripheralUsageDescription 字段，添加访问蓝牙权限的描述，否则强行访问蓝牙功能会造成 Crash。

开始，初始化一个中心设备：

    CBCentralManager *centralManager = [[CBCentralManager alloc] initWithDelegate:self queue:nil options:nil];
    _centralManager = centralManager;

这里有一个注意点，CBCentralManager 的创建是异步的，如果初始化完成之后没有被当前创建它的类所持有，就会在下一次 RunLoop 迭代的时候释放。当然 CBCentralManager 实例如果不是在 ViewController 中创建的，那么持有 CBCentralManager 的这个类在初始化之后也必须被 ViewController 持有，否则控制台会有如下的错误输出：

[CoreBluetooth] XPC connection invalid

如果成功初始化，就会回调 CBCentralManagerDelegate:

// 在 cetral 的状态变为 CBManagerStatePoweredOn 的时候开始扫描 
- (void)centralManagerDidUpdateState:(CBCentralManager *)central {
    if (central.state == CBManagerStatePoweredOn) {
        [_centralManager scanForPeripheralsWithServices:nil options:nil];
    }
}

中心设备处于 PowerOn 状态的时候开始扫描周边设备，可以使用指定的 UUID 发现特定的 Service，也可以传入 nil，表示发现所有周边的蓝牙设备，不过还是建议只发现自己需要服务的设备。发现之后会回调如下方法：

- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central
 didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral
     advertisementData:(NSDictionary<NSString *, id> *)advertisementData RSSI:(NSNumber *)RSSI {
    
    if (!peripheral.name) return; // Ingore name is nil peripheral.
    if (![_peripheralsList containsObject:peripheral]) {
        [_peripheralsList addObject:peripheral];
        _peripherals = _peripheralsList.copy;
    }
}

成功发现设备后选择一个 peripheral 建立连接，在建立连接之后停止发现：

[_centralManager connectPeripheral:peripheral options:nil];

连接成功后会继续回调 CBCentralManagerDelegate 中的方法：

- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral {
    peripheral.delegate = self;
    
    // Client to do discover services method...
    CBUUID *seriveUUID = [CBUUID UUIDWithString:@"d2009d00-6000-1000-8000-XXXX"];
     
    // `nil` 代表发现所有服务。 
    [peripheral discoverServices:@[seriveUUID]];
}

连接成功该周边设备之后，再发现需要使用该设备的具体服务。
接下来就是响应 CBPeripheralDelegate 代理方法了。

成功发现周边设备的某个服务之后响应方法：

// 发现服务
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverServices:(nullable NSError *)error {
    NSArray *services = peripheral.services;
    if (services) {
        CBService *service = services[0];
        CBUUID *writeUUID = [CBUUID UUIDWithString: TRANSFER_SERVICE_UUID];
        CBUUID *notifyUUID = [CBUUID UUIDWithString: TRANSFER_SERVICE_UUID];       
        [peripheral discoverCharacteristics:@[writeUUID, notifyUUID] forService:service]; // 发现服务
    }
}

发现服务（CBService）之后，还需要发现该服务下的特征（Characteristic）。这里通常会有两中特征：写特征和通知特征。

发现特征之后一定要打开通知特性，否者写入数据之后，不会收到回复数据。

// 发现特征
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service error:(nullable NSError *)error {
    if (!error) {
            NSArray *characteristicArray = service.characteristics;
            if（characteristicArray.count > 1） {
            
            CBCharacteristic *writeCharacteristic = characteristicArray[0];
            CBCharacteristic *notifyCharacteristic = characteristicArray[1];
            
            // 通知使能， `YES` enable notification only, `NO` disable notifications and indications
            [peripheral setNotifyValue:YES forCharacteristic:notifyCharacteristic];
        }
    } else {
        NSLog(@"Discover Charactertics Error : %@", error);
    }
}

使用 writeCharactersitc 写入数据：

[peripheral writeValue:writeData.copy forCharacteristic:writeCharactersitc type:CBCharacteristicWriteWithResponse];

写入数据之后，在需要回复的前提下会回调如下两个代理方法：

// 写入成功
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didWriteValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(nullable NSError *)error {
    if (!error) {
        NSLog(@"Write Success");
    } else {
        NSLog(@"WriteVale Error = %@", error);
    }
}

// 写入成功后的应答
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(NSError *)error {
    if (error) {
        NSLog(@"update value error: %@", error);
    } else {
        NSData *responseData = characteristic.value;
    }
}

至此，一次完整的蓝牙通信就完成了。

蓝牙数据包的载荷比较小，在应答的过程中，经常需要进行拆包、组合。包的第一个字节代表包的序列号。

Demo 地址

参考

Core Bluetooth Overview
iOS开发之玩转蓝牙CoreBluetooth